人造的神经突触替代物可像人类大脑一样学习

据外媒报道，一种创新的新型人工突触可能为创造像人类大脑一样运作的电脑铺平道路并有望在未来某一天使电子设备能跟我们自己的大脑皮层无缝整合。神经形态计算的目的是模拟出生物大脑工作方式的电子电路，但要让这些电路像我们的头盖骨里生长的东西一样有效运作以及像脑细胞一样学习已经被证明是极其困难的。

其中最大的挑战之一就是互联互通。在大脑中，突触将神经元连接在一起并被用来在神经元之间传递所谓的“动作电位”。这些是非常低的电荷信息--在80毫伏的区域内。

然而要使计算机的互联性降低到类似水平却是一个巨大的障碍。通常，他们会看到1+伏特的电荷。这意味着，构建人工“大脑”的尝试受到了效率低下的阻碍。

现在，来自马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的一个研究小组声称，他们已经找到了一种人造的神经突触替代物。在他们对蛋白质纳米线的研究中，他们提出了一种神经形态记忆电阻器或“记忆晶体管”的设计，其工作电压水平跟大脑处于相同的范围。一项关于这项技术的研究今天发表在《Nature Communications》上。

该蛋白纳米线取自马萨诸塞州立大学阿姆赫斯特分校的微生物学家、这项新研究的合著者Derek Lovely开发的Geobacter细菌。跟硅纳米线相比，这种材料在水或体液等液体中表现更加稳定。硅纳米线一直是该领域研究人员关注的领域。通过切断细菌的纳米线，他们可以在实验中使用导电蛋白。

“这是首次一个设备可以在跟大脑相同的电压水平下工作，”研究的合著者Jun Yao解释称，“人们可能甚至不敢希望我们能创造出一种跟大脑中的生物对应物一样节能的设备，但现在我们有了超低功耗计算能力的现实证据。这是一个概念上的突破，我们认为它将在生物电压环境下的电子学领域引起大量的探索。”

通过将带正电荷和负电荷的微小开关脉冲通过忆阻器中的纳米线，研究人员得以在内部创建了新的烙印和连接。研究人员称，这类似于人类大脑的学习方式，能建立起新的连接作为记忆。

然而要使其真正有用，其速度还必须跟生物突触相匹配。很显然，人们离制造一个真正的人工大脑还有很长一段路要走，但是Yao和研究第一作者Tianda Fu相信这种技术还存在其他可能的应用，比如更好地监测心率的设备从而为最终的设备铺平道路。Yao指出，该设备可以跟生物系统中的实际神经元对话。